中国煤与煤层气共采理论技术现状及发展趋势

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调开发模式及相应的煤层增透理论和开发技术现状,指出了煤与煤层气共采形势与理论技术发展趋势,并提出了促进实现煤与煤层气高效开发的建议。研究结果表明：(1)需进一步原始创新支撑其安全高效共采的基础关键理论,并完善煤矿区煤层增透、煤层气集输与综合利用、煤炭地下气化—煤层气联采等关键技术;(2)提升煤炭领域与石油领域学科交叉理论技术攻关和行业合作力度,形成优势理论技术与产业配置互补发展,搭建基于多领域学科融合的创新产业发展模式;(3)完善国家和地方在煤与煤层气共采领域的政策保障体制,鼓励煤炭企业与石油企业合作以促进其规模化发展。结论认为,煤炭资源平稳缩减是中国经济高质量发展的重要能源保障策略,由此推行煤与煤层气共采对于确保煤矿生产安全,缓解清洁能源短缺和降低碳排放等均具有重要的现实意义。     

渗流圆的等效原则

简单的圆形地层和线性地层都有严格的产量计算公式,公式形式与欧姆定律类似,而复杂地层的渗流没有严格的产量计算公式,不方便生产管理。为了研究复杂地层的渗流问题,提出了等值渗流阻力法,把复杂地层等效处理成圆形地层和线性地层的组合,然后按照水电相似原理,计算出复杂地层的渗流阻力,再按照欧姆定律求出地层的产量计算公式。然而,在复杂地层的等效处理过程中,有大渗流圆与小渗流圆的分歧,大渗流圆高估了渗流阻力,低估了油井产量;小渗流圆则低估了渗流阻力,高估了油井产量。渗流圆等效处理方法对水平井的产量计算结果影响较小,对直井的产量计算结果却影响较大。根据研究,小渗流圆的等效处理方法理论上更合理一些,建议今后在进行等值渗流阻力法的研究和应用过程中,废弃大渗流圆等效处理,而采用小渗流圆等效处理。     

基于三维地应力的渗透率转换方法

储层渗透率的测量及其储层条件下的转化方式是油藏工程研究的重要内容.随着储层岩石有效应力的增加,储层岩石孔隙半径减小,渗透率降低,地面测量的岩石渗透率比地层条件下的渗透率高.为将地面测量的渗透率应用于油藏工程,须将其换算到储层条件.根据岩石在地面和地层条件下的应力状态,研究了地面一地下渗透率的转换方法,该方法采用三维地应力,克服了仅采用上覆地层压力的不足.胜利油区渗透率覆压实验校正结果表明,仅采用上覆地层压力计算的渗透率转换值,比采用三维地应力计算的渗透率转换值明显偏小.对于中渗透地层,三维地应力的渗透率转换方法与原方法差别不大,对于低渗透地层,基于三维地应力的渗透率转换方法的计算值比原方法增大约10％.     

水驱油效率可达到 100%

水驱油之后地层中还存在大量剩余油,如何将其经济而有效地开采出来是老油田挖潜调整要解决的主要问题。 注入水的波及系数低和驱油效率低都会导致地层中存在剩余油。 残余油的存在是驱油效率低的主要表现,其往往由快速注水驱替过程中的 Jamin 效应所致。 提高注水速度可以克服 Jamin 效 应并提高驱油效率,但该方式很费水,工程条件一般不允许。 长期水洗也可以提高注入水的驱油效率,但该方式也较费水,经济效益较差。 浮力驱油也可以消除 Jamin 效应,并大幅度提高驱油效率,甚至可将驱油效率提高至 100% 。 对于中高渗透储层,可采用周期注水的方式,充分利用浮力的作用来提高驱 油效率,节省注水成本,提高油田开发效益。     

基于等效渗流角模型的顺北油田线性流地层渗透率确定方法

断溶体油藏中的流动存在明显的地层线性流特征,传统的试井解释采取复合径向流模型得到的渗透率难以反映线性流的渗透率特征.针对此问题,文中从渗流角的角度,建立了可以等效反映断溶体油藏形状对渗透率影响的方法,通过数值模型,反演得到了不同形状条件下的油藏渗流角.研究发现,线性流的等效渗流角与油井对应的泄流区域长宽比的反余切值相关...     

盖层封堵油气的机理研究

盖层在油气成藏过程中起着十分重要的作用,为了搞清盖层的封堵机理,应用石油地质、油层物理和流体力学的相关知识对其进行了深入研究。结果表明：盖层是通过毛管压力封堵油气的,地层的非均质性越强,盖层与储层的毛管压力差值越大,能够封堵和聚集的油气数量就越多,均质地层不能聚集油气。地层的非均质性成就了石油工业。油气可以从烃源岩小孔隙运移进入储集岩大孔隙,却不能从储集岩大孔隙运移进入盖层小孔隙,这就是油气运移的奇妙之处。岩石的润湿性对油气封堵也十分重要,亲油岩石不能封堵油气,亲水岩石才能封堵油气。岩石的亲水性成就了石油工业。盖层中水的烃浓度极低,不可能超过油气藏的烃浓度,因而也不能对油气进行烃浓度封堵。盖层能够封堵油气,却不能封堵地层水;盖层能够封堵油气相,却不能封堵油气分子。盖层超压是用等效深度法计算出的结果,是一个假象,并非真的超压,也不可能对油气进行超压封堵。     

特殊情况下的压力系数和自喷系数计算方法

压力系数是油气藏评价的基本参数,可以用来评价油气藏的压力状态。但是,在地形起伏较大的地区或高油气柱油气藏,用传统方法计算的压力系数会出现较大偏差。研究了压力系数计算出现偏差的原因,对于地形起伏较大的地区,主要是静水压力的计算出了偏差,把计算起始深度由地面改为潜水面,即可消除计算偏差。对于高油气柱油气藏,选取油气柱中部深度计算压力系数,即可消除计算偏差。油气藏压力—深度关系曲线的截距值,即油气藏流体流到地面的剩余压力,定义为油气藏流体的自喷系数,自喷系数越大,油气藏流体的自喷能力就越强。     

长水平井的产能公式

短水平井是指水平段长度远小于泄油区域尺度的水平井,若水平段长度与泄油区域尺度基本相同,则为长水平井。目前的水平井产能公式都是针对短水平井而提出的,不适用于长水平井。采用等效渗流阻力法,推导了长水平井的产能计算公式。不能用长水平井的产能公式计算短水平井的产量,否则,会高估油井的产量。长水平井产能公式的计算结果为水平井公式计算结果的下限值。     

一种煤层气藏相渗的获得方法及曲线形态讨论

煤层气的相渗曲线通常采用气–水两相驱替实验获得,实验认为煤岩割理的两相流动区域较小,且临界流动含水饱和度较高。然而,煤层中的流体运移是一种耦合基质解吸和割理两相流动的过程。基质中解吸出的气体汇聚在割理后,与水相共同参与流动,并非简单的单向驱替过程,这导致生产过程中气驱波及效率远好于实验得到的结果。为获得煤层中的相渗规律,本文建立考虑基质解吸作用的煤层气流动拟稳态产能模型,通过联立煤层气的物质平衡方程,获得一种基于生产历史的煤层气–水相渗曲线的反演方法。同时,研究分析实验得到与反演得到的相渗曲线之间的差异,认为差异主要源于实验室单向驱替过程中较小的波及系数。最后,研究通过数值模拟分析两种相渗曲线对产气动态的影响。     

考虑解吸作用及相渗影响的煤层气产能模型研究

本文基于煤层气藏生产前期为气-水两相流动的特点,将储层的临界解吸压力作为气藏供给压力进行处理,采用数值模拟与数理推导相结合的方式得出适用于煤层气藏的新产能公式。生产曲线分析表明,随着解吸半径的不断增大,煤层气井的产能不断增大,达到气藏边界后,随着边界压力的降低,产能先增大后减小。